고발광 섬광 헤테로

Nature Communications 13권, 기사 번호: 3504(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

Large Stokes Shift Fast Emitter는 발광의 재흡수를 무시할 수 있으며, 이는 형광 이미징, 태양광 관리, 의료 이미징 및 고속 고에너지 물리학 실험을 위한 민감한 섬광 검출기 제작과 같은 여러 응용 분야에 매우 바람직한 기능입니다. 여기에서 우리는 나노결정에 배열된 형광 공액 아센 빌딩 블록을 활용하여 상당한 스톡스 이동으로 고효율 발광을 얻습니다. 동일한 분자 길이와 연결성을 가지면서도 보완적인 전자 특성을 지닌 두 개의 리간드가 지르코늄 옥시-하이드록시 클러스터에 의해 공동 조립되어 결정성 이종 리간드 금속-유기 골격(MOF) 나노결정을 생성합니다. MOF 내에서 단일항 엑시톤의 확산과 리간드 흡수 및 방출 특성의 일치는 100 ps 시간 규모에서 저에너지 방출의 초고속 활성화를 가능하게 합니다. 하이브리드 나노결정은 ~60%의 형광 양자 효율과 750meV(~6000cm−1)만큼 큰 스톡스 이동을 나타내며, 이는 벌크 장치에서도 방출 재흡수를 억제합니다. 제작된 프로토타입 나노복합 고속 신틸레이터는 일부 무기 및 유기 상업용 시스템과 경쟁하는 벤치마크 성능을 보여줍니다.

스톡스 이동은 흡수 대역 최대값과 방출 스펙트럼 최대값 사이의 에너지 차이(ΔE)로 정의되는 발광 물질의 중요한 특성입니다1. ΔE 값은 광소자 및 응용 분야의 핵심 매개변수입니다. 왜냐하면 첫 번째 근사치에서 이미터가 생성된 빛의 상당한 재흡수에 의해 영향을 받는지 직접 추정할 수 있기 때문입니다. 예를 들어, ΔE 값이 흡수 및 방출 스펙트럼의 대역폭보다 낮거나 유사한 경우 그에 따른 본질적인 광범위한 내부 필터 효과로 인해 벌크 광자 장치의 조명 성능이 크게 제한될 수 있으며, 최악의 경우에는 발광 생성2,3,4의 역학에 영향을 미칩니다. 반대로, ΔE가 스펙트럼 대역폭보다 상당히 크다면, 즉 흡수 대역과 방출 대역 사이의 중첩이 최소화되거나 완전히 무시할 수 있는 경우 시스템은 내부 필터 효과 없이 파장 변환기로 작동하는 대형 스톡스 시프트 방사체로 간주될 수 있습니다( 그림 1a). 이러한 재흡수 없는 재료는 여러 응용 분야에서 매우 바람직합니다. 예를 들어, 형광 이미징에서 대형 Stokes 시프트 광학 프로브를 사용하면 제한된 여기 미광으로 고대비 이미지를 얻을 수 있으므로 고가의 필터링 구성 요소 또는 시간이 많이 소요되는 이미지 후처리5, 6의 사용을 피할 수 있습니다. 태양광 응용 분야의 경우 대형 Stokes 시프트 방출기는 의심할 여지 없이 응축된 방사선을 재흡수하지 않고 발광 태양열 집광기를 구현하는 가장 유망한 재료7. 마찬가지로, 전리 방사선에 대한 섬광 검출기의 감도는 재흡수 없이8 빠른 방사체를 사용하여 섬광 펄스 타이밍에 영향을 주지 않고 우수한 광 출력 강도를 보여줌으로써 큰 ​​이점을 얻을 수 있습니다. 비행 양전자 방출 단층촬영(ToF-PET)9 및 고속 고에너지 물리학(HEP) 실험. 반도체 나노결정 분야의 광범위한 최근 문헌은 대형 스톡스 시프트 이미터에 대한 이러한 실제적인 관심을 입증합니다. 예를 들어, 이러한 물질에서 ΔE는 전자 불순물로 반도체를 도핑하여 조정될 수 있으며, 이로 인해 적색 편이 발광이 생성되는 인트라갭 상태가 나타납니다. 1eV만큼 큰 주목할만한 ΔE 값을 달성할 수 있지만 현재 해결되지 않은 단점은 나노초 시간 규모 이하의 빠른 타이밍 애플리케이션에 대한 사용을 제한하는 느린 발광 역학입니다. 더욱이, 빠른 타이밍이 예상되는 광자 장치에서는 방출된 광 펄스가 느려지기 때문에 복사 에너지 전달을 활용하는 전통적인 파장 변환기를 사용할 수 없습니다.